Фамилия Карлыков образована от тюркского имени Карлык. В основе лежит этноним «карлук» — название одного из древних тюркских племён, известного с VII века. Карлуки входили в Тюркский каганат, а позже создали собственное государство в Средней Азии. Имя Карлык давали мальчикам, желая им силы и принадлежности к этому воинственному племени. Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель патронимической фамилии: «чей?» — Карлыков, то есть потомок Карлыка.

В русском языке фамилия появилась не раньше XVI–XVII веков, когда служилые татары, башкиры и другие тюркские народы входили в состав Московского государства и получали фамилии по отцу. Встречается она в основном в Поволжье, на Урале и в Западной Сибири — в регионах, где исторически жили тюркские народы. Встречаются варианты написания Карлуков (от той же основы, но через «у») и Карлыков — с буквой «ы», что отражает местное произношение.

Иногда фамилию ошибочно связывают с русским словом «карлик» — из-за схожести звучания. Но это ложная этимология: ударение в фамилии падает на второй слог (Карлы́ков), а корень «карлык» восходит к тюркскому «карлук» и не имеет отношения к росту человека. Если ваш предок носил эту фамилию, он, скорее всего, происходил из тюркской среды — татар, башкир, казахов или ногайцев, а родоначальником был человек по имени Карлык.

Однокоренные фамилии — Карлуков, Карлыков, Карлыбаев (где «бай» — господин). Встречаются и более редкие формы, например, Карлыковский — с польским или украинским суффиксом, указывающим на шляхетское происхождение, но это уже единичные случаи.